Hilary Erhard Duff nació el 28 de septiembre de 1987 en Houston, Texas, hija de Susan y Bob Duff. Su madre era ama de casa y luego se convirtió en productora de cine y música, mientras que su padre era dueño de una cadena de tiendas de conveniencia en Texas. Siguiendo los pasos de su hermana mayor, Haylie, Duff comenzó a tomar clases de ballet y, desde muy pequeña, se presentó a audiciones para producciones teatrales locales junto a su hermana. “Siempre quise ser como mi hermana mayor, Haylie”, recordó Duff más tarde. “Cuando ella aprendió a andar en bicicleta, yo también tuve que hacerlo. Si ella tomaba clases de ballet, yo también. Tomé clases de canto porque ella lo hacía. Todo se fue intensificando hasta que se convirtió en una carrera para ambas”.

A los 6 años, Duff fue seleccionada junto a su hermana para participar en una producción de BalletMet Columbus de La suite de El cascanueces en San Antonio. Fue una experiencia positiva para las niñas, quienes aspiraban a dedicarse a la actuación profesionalmente. En 1993, se mudaron a California con su madre, quien comenzó a manejar sus carreras. A partir de los ocho años, Duff también recibió educación en casa por parte de su madre. Poco después, consiguió su primera aparición en pantalla sin acreditar en la miniserie de 1997 True Women.

La actriz en ciernes tuvo su gran oportunidad en Hollywood cuando obtuvo el papel protagónico de Wendy, junto a un fantasma animado, en la película para televisión de 1998 Casper Meets Wendy. Más tarde fue seleccionada para la comedia de situación Daddio en 2000, pero fue retirada de la serie después del episodio piloto. Deprimida, Duff quería abandonar el mundo del espectáculo, pero su madre la animó a no renunciar a su sueño.

A la semana siguiente, consiguió el papel protagónico de la nueva serie de Disney Channel, Lizzie McGuire, interpretando al personaje que da nombre a la serie. La serie, que se estrenó en 2001, pronto se convirtió en un éxito arrollador, lo que hizo que Duff se convirtiera en un nombre muy conocido. La joven actriz era especialmente popular entre el público más joven, aunque su base de fans abarcaba todos los rangos de edad. “No creo que Disney Channel nos dé el crédito suficiente por el rango de edades que realmente tiene Lizzie McGuire”, dijo Duff en una ocasión. “Se me acercan estudiantes universitarios, abuelos, gente famosa”.

En 2003, Duff también protagonizó La película de Lizzie McGuire, que tuvo un éxito increíble, recaudando más de 55 millones de dólares en todo el mundo. Duff y Disney iniciaron negociaciones para extender la franquicia de Lizzie McGuire, pero las conversaciones se rompieron debido a desacuerdos salariales. Después de protagonizar 65 episodios a lo largo de dos temporadas, la serie llegó a su fin en 2004.

Aunque había planes para un relanzamiento en 2020, el proyecto se descartó durante el rodaje. Duff insinuó que había diferencias creativas entre ella y Disney en una entrevista con i-D. «Tengo una excelente relación con Disney, así que sin falta de respeto, pero siento que deberían haberme escuchado», dijo en 2026. «Tengo la misma edad que la gente que vería esto, y sé lo que querrían. No es que quisiera algo descabellado, pero quería que ella fuera una adulta. Creo que tenían un poco de miedo».

El éxito de Duff con Lizzie McGuire la llevó a trabajar en otros proyectos con Disney, incluyendo su papel protagónico en la película de Disney Channel de 2002 Cadet Kelly, sobre una adolescente de espíritu libre que se ve obligada a asistir a una escuela militar. Al año siguiente, a los 16 años, protagonizó la película de espías para adolescentes Agent Cody Banks junto a Frankie Muniz e interpretó a la hija de Steve Martin y Bonnie Hunt en Cheaper by the Dozen, repitiendo más tarde su papel en la secuela de 2005. Para entonces, Duff ya se había ganado una reputación como ídolo adolescente.

Posteriormente, Duff protagonizó junto a Chad Michael Murray A Cinderella Story (2004), una versión moderna del conocido cuento de hadas que tuvo un éxito moderado en taquilla, antes de aparecer en el drama musical Raise Your Voice. Ese mismo año, la joven estrella lanzó su propia línea de moda, Stuff by Hilary Duff, que se distribuyó a gran escala a través de Target y K-Mart. Más tarde lanzaría la línea de moda Femme para DKNY Jeans.

Con el deseo desesperado de alejarse de los papeles para preadolescentes para que la tomaran en serio como actriz adulta, Duff intentó remodelar su imagen pública. Luego protagonizó The Perfect Man junto a Heather Locklear en 2005, y Material Girls junto a su hermana Haylie en 2006, pero ambas películas recibieron críticas negativas.

A Duff le ofrecieron entonces el papel protagónico en el relanzamiento de la serie de televisión 90210, pero rechazó el papel, prefiriendo alejarse definitivamente de su imagen de estudiante de preparatoria. Posteriormente, apareció en la sátira política de 2008 War, Inc. junto a John Cusack.

Continuando con sus esfuerzos por reforzar su imagen como actriz seria, Duff participó en varias películas independientes. En 2009, protagonizó el drama independiente According to Greta junto a Melissa Leo y Ellen Burstyn, y el drama cómico Stay Cool junto a Winona Ryder, Jon Cryer y Chevy Chase. Posteriormente, Duff fue seleccionada para actuar junto a Val Kilmer y Kris Kristofferson en Bloodworth (2010), y más tarde participó en la comedia She Wants Me (2012), junto a Josh Gad y Charlie Sheen.

A partir de 2015, Duff aceptó interpretar el papel de Kelsey Peters, una editora de una editorial, en la serie de televisión Younger, junto a Sutton Foster. El éxito de la primera temporada ha contribuido a la longevidad de la serie, lo que marcó su primer papel importante en televisión desde Lizzie McGuire. La serie se mantuvo al aire durante siete impresionantes temporadas antes de concluir en 2021.

Demostrando que, efectivamente, había dejado atrás la imagen de princesa de Disney, Duff protagonizó a continuación The Haunting of Sharon Tate (2019), en la que interpretó a Sharon Tate, la actriz asesinada por los seguidores de Charles Manson en 1969. La película recibió en su mayoría críticas negativas, aunque también obtuvo algunos premios en el Festival de Cine Independiente Hollywood Reel de 2019.

Poco después de que Younger dejara de transmitirse, Duff regresó a la televisión en 2022 con la serie de Hulu How I Met Your Father, un spin-off de la comedia de situación de principios de la década de 2000 How I Met Your Mother. Interpretó a la protagonista, Sophie, quien les cuenta a sus hijos una historia muy detallada sobre cómo conoció a su papá. A pesar de mostrar una mejora en su segunda temporada, la serie recibió críticas mixtas y fue cancelada un año después.

Duff lanzó su primer álbum de estudio, Santa Claus Lane, en 2002 a través del sello discográfico de Disney, que incluía 10 canciones con temática navideña.

Más tarde se reeditó en 2003 con la canción adicional «What Christmas Should Be». Pronto firmó con Hollywood Records y lanzó su primer álbum pop fuera de Disney, Metamorphosis, en 2003, el cual se convirtió rápidamente en un éxito. Con canciones escritas tanto por Duff como por su hermana, el disco debutó en el puesto n.º 1 de la lista Billboard 200 e incluyó los sencillos «Come Clean» y «So Yesterday», que entraron en las listas. Finalmente, alcanzó la certificación multiplatino en Estados Unidos. Poco después lanzó su tercer álbum homónimo en 2004, que incluía el sencillo «Fly». El disco vendió 192 000 copias en su primera semana y más tarde alcanzó el disco de platino.

Al año siguiente, en 2005, Duff consiguió otro número uno con el álbum recopilatorio Most Wanted. El proyecto incluía canciones ya publicadas, así como el tema inédito «Wake Up», que llegó a situarse entre los 30 primeros del ranking Billboard Hot 100.

La cantante lanzó su cuarto álbum de estudio, Dignity, en 2007, el cual fue recibido con gran éxito tanto por la crítica como comercialmente, y recibió elogios por su sonido más maduro. En colaboración con la cantautora estadounidense Kara DioGuardi, Duff coescribió todas las canciones del álbum, excepto una. El tema «With Love» le valió su mejor posición en la lista Hot 100 de Billboard, al alcanzar el puesto n.º 24.

El siguiente trabajo de Duff, Breathe In. Breathe Out., salió a la venta en 2015 a través de RCA Records. El álbum incluía los sencillos «Chasing the Sun», «All About You» y «Sparks», pero no tuvo tanto éxito como sus proyectos anteriores.

Tras un largo paréntesis, Duff anunció su regreso a la música en septiembre de 2025 al firmar con Atlantic Records. Más de una década después de su último álbum, la cantante lanzó su trabajo más reciente, Luck… Or Something, en febrero de 2026. El disco, que coescribió con su esposo, Matthew Koma, incluye los sencillos «Mature» y «Roommates».